コラーゲン·ゲル包塩培養法を用いたポリエチレン粒子による滑膜細胞のサイトカイン産生に関する研究 人工股関節置換術後の弛みとの関連について

摘要

慢性関節リウマチ(rheumatoid arthritis, RA)や変形性股関節症に対する人工股関節置換術(total hip arthroplasty, THA)後の人工関節周囲の骨溶解(osteolysis)ならびに人工関節の弛み(loosening)は,人工関節摺動面から産出されるポリエチレンの粒子が重要な原因と考えられている.これは,ポリエチレン粒子を異物として,マクロファ.-ジ,線維芽細胞や異物巨細胞が反応し,サイトカインや化学伝達物質を放出し,破骨細胞が活性化される機序と推察されている.またRAに対するTHAの問題点として,長期の機能障害に起因する骨萎縮や薬剤性の骨粗鬆症だけでなく,滑膜から多量に放出されるインターロイキン(interleukin, IL) -1 β,腫瘍壊死因子(tumor necrosis factor-α,TNトα), IL-6などのサイトカインの関与が挙げられる.これらのサイトカインは滑膜自体に対しても作用し,滑膜の活性化や増殖に関わるだけでなく,破骨細胞の活性化による関節破壊の役割もあることが指摘されている.そこで, RAに対するTHA後の弛みの機序として,これまでに検討されてきたマクロファージ,線維芽細胞や異物巨細胞のポリエチレン粒子に対する反応だけでなく,滑膜細胞のポl)エチレン粒子に対する反応という機序も関わるのではないかと考えた.更に,弛みの著しい人工股関節では磨耗ポリエチレン粒子量が多いという臨床結果から,滑膜細胞に混合したポリエチレン粒子の濃度が増加するとサイトカイン濃度も上昇するのではないかと考えた.しかし,ポリエチレン粒子は低比重のため培養液に浮遊してしまい満足のいく実験系が得られていなかった.そこで本研究では,まず浮遊性の高密度ポリエチレン(high density polyethylene,HDP)粒子を, RAの滑膜細胞とともにコラーゲン·ゲルの中に包埋して培養するコテーゲン·ゲル包埋培養法を確立した.更に,この方法を用い,ポリエチレン粒子の濃度を変えて,培養上清中に放出されるIL-1β, TNF-αおよびIL6の濃度を経時的に測定した.その結果,各サイトカインの濃度は,ポリエチレン粒子の濃度依存性に変化する傾向を示した. IL-1βの濃度はポリエチレン粒子混合後24時間で最高となり, 48時間後では減少し, 72時間後には対照群と有意差を認めなかった. TNF-αもポリエチレン粒子混合後24時間で最高となり,直ちに減少し, 48時間後には対照群と有意差を認めなかった. IL-6濃度は,遅れて48, 72時間後と徐々に増加した.以上の成績から,コラーゲン·ゲル包埋培養法を用いることで滑膜細胞にポリエチレン粒子を再現性をもって反応させることが可能であることが明らかとなり,また, RA患者のTHA後の弛みの原因の一つとして,マクロファージャ異物巨細胞だけでなく滑膜細胞がポリエチレン粒子に対して反応を起こし,サイトカイン産生を促すという経路が重要な役割を示すと考えられた.